ألواح الطاقة الشمسية N-Type في مواجهة الأشعة فوق البنفسجية: حلول مبتكرة لتحديات جديدة
أظهرت اختبارات مختبرية حديثة أن بعض الألواح الشمسية من نوع TOPCon وHJT، التي تستخدم الاتصال بالأكسيد الأنبوبي السلبي، قد تتعرض للتلف والتدهور بفعل الأشعة فوق البنفسجية (UV) ، هذه الظاهرة المعروفة بتدهور الأشعة فوق البنفسجية (UVID) قد تهدد كفاءة تلك الألواح على المدى الطويل إذا بدأت في فقدان أدائها تدريجيًا. في هذا السياق، تتخذ الشركات المصنعة تدابير لمعالجة هذه المشكلة على مستوى الخلية والوحدة.
نتائج اختبارات الأشعة فوق البنفسجية
بحسب تقرير PV Module Index الصادر عن مركز اختبار الطاقة المتجددة (RETC) لعام 2024، لوحظ أن حوالي 40% من الألواح التي خضعت للاختبار فقدت ما يزيد عن 5% من كفاءتها بعد اختبار الأشعة فوق البنفسجية. وأجرت شركة Kiwa PVEL اختبارات أخرى تعرضت فيها الألواح لأشعة فوق بنفسجية تعادل التعرض لمدة تصل إلى سنتين في بعض المناطق، وسجلت بعض ألواح TOPCon من النوع N خسارة أداء بلغت 16.6%.
التدهور الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية: الآلية وخيارات التخفيف
أثبتت أبحاث المهندسة أرشانا سينها في Kiwa PVEL أن هناك عدة آليات تسبب تدهور الخلايا الشمسية تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. تحدث هذه الآليات نتيجة تعقيد تركيب الخلايا الشمسية وطبقات التغليف، حيث أظهرت طبقات رقيقة مثل نيتريد السيليكون (بمعامل انكسار أقل من 2.29) قابلية أكبر لنفاذية الأشعة فوق البنفسجية. وعند امتصاص هذه الأشعة، تؤدي الفوتونات إلى تكسير الروابط الكيميائية داخل الخلية مما يضر بكفاءة الخلية.
حلول تقنية للحد من تأثير الأشعة فوق البنفسجية
لمعالجة هذه المشكلة، ظهرت ثلاث استراتيجيات رئيسية:
- استخدام زجاج وحدات منخفض النفاذية للأشعة فوق البنفسجية.
- تطوير مواد تغليف تعكس الأشعة فوق البنفسجية أو تحولها إلى ضوء مرئي.
- تحسين عمليات الإنتاج على مستوى الخلايا لمنع دخول الأشعة فوق البنفسجية إلى الخلايا.
قدمت شركة Cybrid Technologies تقنية تغليف جديدة تسمى Raybo للألواح من نوع HJT، تضمن هذه التقنية طبقة تحول الأشعة فوق البنفسجية إلى ضوء أزرق في الطيف المرئي، مما يزيد من كفاءة التحويل للطاقة ويعزز متانة الوحدة.
الحلول المستقبلية والآفاق
رغم التحسن الملحوظ، يرى الباحثون أنه لا يزال هناك حاجة لدراسة أفضل السبل لتحسين استجابة الخلايا الشمسية لتدهور الأشعة فوق البنفسجية. يواصل معهد Fraunhofer ISE الألماني وKiwa PVEL أبحاثهما على إمكانيات استعادة كفاءة الألواح المتضررة. ووفقًا للباحث ترستان إريون-لوريكو من Kiwa PVEL، هناك احتمالية لتطوير آليات استرداد قد تساعد في استعادة بعض الكفاءة المفقودة للألواح المثبتة بالفعل في الميدان.
تشير نتائج الدراسات إلى أن تقنيات إنتاج وتغليف الخلايا الشمسية تتطلب ضبطًا عالي الدقة لمواجهة تحديات تدهور الأشعة فوق البنفسجية. التوازن بين التكلفة والأداء يمثل تحديًا في تصميم الألواح الشمسية القادرة على الصمود في ظروف التعرض العالي للأشعة فوق البنفسجية، مثل المناطق الحارة. تظل الأبحاث المستمرة على تطوير مواد جديدة، مثل Raybo، واستراتيجيات تحسين الإنتاج أملاً واعدًا في الحد من تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية وضمان استدامة أعلى لهذه التقنيات.
